物理學是如何失去活力的

幾十年前,物理學似乎能夠解答存在的最深奧的謎團,但現在只是在重複利用曾經令人興奮的想法

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


物理學比任何其他領域都更能吸引我進入科學新聞業。雖然我在大學裡主修文學,但我修讀了物理學和天文學課程,並貪婪地閱讀了關於量子力學和宇宙學奧秘的書籍。

對於像我這樣不再信仰天主教的人來說,物理學代表了一種科學神學,一種探索存在奧秘的經驗主義、理性方式。物理學家們正在辨別現實的最小尺度和最大尺度之間的共鳴,並對我們的宇宙甚至其他宇宙提出令人震驚的猜想。

我最喜歡的科學神學家是約翰·惠勒。惠勒思考觀察似乎如何影響量子實驗的結果,挑戰了傳統的客觀性和唯物主義,並暗示我們人類可能不僅僅是宇宙的後知後覺。他提出,我們生活在一個“參與式”宇宙中,這個宇宙是從意識和物理領域的相互作用中產生的。


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惠勒指出了量子力學和資訊理論之間的融合。資訊理論由克勞德·夏農於1948年發明,是一種量化訊息的不可能性——你可以說是驚訝程度——的方法。惠勒推測,客觀物理現實的“存在”源於“對是或否問題的回答、二元選擇、位元”。他用類似禪宗公案的短語“位元生萬物”概括了這個概念。

惠勒幫助普及了人擇原理。該原理最初由布蘭登·卡特提出,旨在回答所有最深刻的問題之一:為什麼我們發現的物理定律是這樣的,而不是其他方式?是什麼解釋了引力和其他自然常數的精確強度?宇宙似乎非常……隨意。根據人擇原理,宇宙必須是我們觀察到的那樣,否則我們就不會在這裡觀察它。

此外,我們的宇宙可能是眾多宇宙之一。大爆炸理論導致包括愛因斯坦在內的一些物理學家提出,我們的宇宙最終將停止膨脹,坍縮回“大擠壓”,並在另一次大爆炸中反彈。根據振盪宇宙假說,這種宇宙死亡和重生的迴圈永無止境。弗里德里希·尼采也曾因一個類似的想法而苦惱,他稱之為“永恆輪迴”。他擔心,我們所做的一切都會一遍又一遍地發生,永無止境

量子力學——它暗示,當我們不看它時,一小片光或物質會停留在機率的迷霧中——產生了一個更奇怪的多重宇宙理論。在 20 世紀 50 年代後期,休·埃弗雷特提出,每個粒子都會在每個可能的路徑上游蕩——在其他宇宙中。

埃弗雷特的多元宇宙假說讓人聯想到豪爾赫·路易斯·博爾赫斯的恐怖故事《小徑分岔的花園》,博爾赫斯和尼采一樣,是我最喜歡的作家之一。(我一直想知道量子力學是否啟發了博爾赫斯,而博爾赫斯反過來又影響了埃弗雷特。)

在 20 世紀 80 年代後期,約翰·巴羅和弗蘭克·蒂普勒提出了奧米茄點假說,這是人工智慧和宇宙學的融合。巴羅和蒂普勒推測,在不遠的將來,我們的機器將變得超級智慧,成為自主存在,它們將迅速從地球出發,開始殖民銀河系。這些機器最終將把整個宇宙轉變成一臺巨大的思維機器。

當宇宙停止膨脹並向一個無限小的點坍縮時,這個宇宙大腦的密度和計算能力將飆升至無限。這臺全能的、類似上帝的計算機將能夠模擬任何可能的現實。我曾經問過蒂普勒,我們的現實是否可能是由預先存在的奧米茄點創造的模擬。他說,這有可能,但不太可能,因為我們的世界存在如此多的苦難。現在才是科學神學。

物理學家還能做些什麼來超越這些遙遠的願景呢?如果肖恩·卡羅爾、道雄·卡庫、馬克斯·泰格馬克、倫納德·薩斯金德、麗莎·蘭道爾和其他物理學家/科普作家在過去十年中撰寫的書籍可以作為參考的話,那就沒什麼了。在很大程度上,他們只是在重複利用愛因斯坦、卡特、埃弗雷特、惠勒、巴羅、蒂普勒——以及尼采和博爾赫斯——曾經提出的令人震驚的命題。

舊的振盪宇宙理論在保羅·斯坦哈特和尼爾·圖羅克的《無盡的宇宙》以及羅傑·彭羅斯的《時間週期》中得到了復興。在大衛·多伊奇的《無限的開始》中,他撣去了埃弗雷特多元宇宙假說上的灰塵。在他的合著暢銷書《大設計》中,斯蒂芬·霍金兜售了一種基於弦理論的多元宇宙模型,我曾經覺得它很吸引人,但現在認為它是“帶有方程的科幻小說”。

弦理論假設現實由在無法探測到的額外維度中扭動的無法探測到的弦組成,並且它有幾乎無限多的版本。霍金試圖將這個缺陷變成一個特徵,他斷言弦理論“預測”的所有宇宙實際上都存在;人擇原理解釋了為什麼我們發現自己身處這個特定的宇宙中。

布萊恩·格林在他的暢銷書《隱藏的現實》中讚揚了多元宇宙的所有多種變體。尼采對永恆輪迴的令人不寒而慄的願景,經過格林的重新包裝,變得可愛起來。格林推測,在一個無限的、永恆的多元宇宙中,一切都必然會發生無數次。在某個地方,你的分身正在閱讀這句話,而在其他地方,“她已經跳過或感到需要吃點零食”。

格林提出的我們的宇宙可能是外星文明的計算機上執行的模擬的觀點也是老生常談。事實上,這些想法只是吸食大麻者的思想實驗的偽科學版本:如果我們的整個世界只是巨人口袋裡的一粒塵土呢?而在我們口袋裡的一粒塵土裡面有一個完整的宇宙?如果我們的世界真的只是邪惡機器創造的實驗呢?等等。

物理學家對平行和虛擬領域的幻想不僅陳腐。它們越來越讓我覺得是逃避現實,甚至是不負責任的,因為它們非常缺乏證據。科學家不應該比詩人或音樂家更需要為公眾利益服務。但是,如果理論被當作科學來傳遞,它們難道不應該至少有很小的機會得到經驗證實嗎?否則,它們與智慧設計等偽科學思想有何不同?

蘇珊·桑塔格 2002 年的文章《觀看戰爭》捕捉了我對物理學 speculation 的厭倦態度,尤其是對我們的宇宙是虛擬的這種觀念。桑塔格批評哲學家讓·鮑德里亞等人聲稱不再有現實;只有媒體“再現”、“奇觀”和“模擬現實”。桑塔格認為,這種哲學上的胡言亂語在一個充滿遭受真正不公正、暴政和戰爭的真實世界中是應受譴責的。

為了重獲活力,物理學迫切需要的不是新想法,而是新事實。是發現,而不是發明。理想情況下,物理學家會偶然發現一些如此令人震驚的東西,以至於他們放棄對多元宇宙、弦和其他幻想的追求,迴歸現實。

在 20 世紀 90 年代後期,天文學家在研究超新星時驚訝地推斷出宇宙的膨脹正在加速。但是,自從我成為一名科學作家以來,這一最令人興奮的發現並沒有迫使人們對大爆炸正規化進行徹底的修改。同樣,幾年前大型強子對撞機探測到的希格斯玻色子僅僅證實了粒子物理學的標準模型。真沒勁。

情況變得如此糟糕,以至於物理學家們公開地為他們領域的未來擔憂。在最近的 TED 演講“我們是否已經到達物理學的盡頭?”中,哈里·克利夫指出,“在科學史上,我們可能是第一次面臨我們無法回答的問題,不是因為我們沒有大腦或技術,而是因為物理定律本身禁止我們回答。”

我仍然關注物理學,但我懷疑它是否會像以前那樣讓我興奮。我現在獲得活力想法的首選來源是對大腦和思維的研究。科學最狂野的前沿就在我們的大腦內部。

自我抄襲警告:本文改編自最初發表在高等教育紀事報上的一篇文章。

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